Sistemi di accumulo di energia a batteria: Tipi, vantaggi e applicazioni

Oggi sono disponibili vari tipi di sistemi energetici a batteria. Questi utilizzano diverse sostanze chimiche di accumulo e offrono diversi vantaggi. Per una panoramica completa dei tipi di BESS e delle loro migliori applicazioni, continuate a leggere qui di seguito. Ne spieghiamo le chimiche, i vantaggi e gli utilizzi.

Che cos'è un sistema di accumulo di energia a batteria?

Un sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) è una configurazione che consente di catturare l'energia elettrica, immagazzinarla in una o più batterie e rilasciarla in un secondo momento quando se ne ha bisogno. Le dimensioni variano dalle piccole unità per uso domestico alle grandi configurazioni BESS per le esigenze di energia industriale.

Il cuore di un BESS è un dispositivo elettrochimico composto da celle o moduli di batterie. Questo dispositivo ricava l'energia da una fonte rinnovabile come l'energia solare ed eolica, o anche dalla rete elettrica, e la immagazzina in forma chimica.

Nel corso degli anni, gli scienziati hanno sviluppato diverse tecnologie di batterie per conservare l'energia elettrica. Queste si differenziano per molti aspetti, tra cui il tipo di composti chimici utilizzati, il costo, la durata, l'impatto ambientale, ecc.

Tipi di sistemi di accumulo di energia a batteria

Sono disponibili alcuni tipi di batterie per l'accumulo di energia, raggruppati in base alla chimica di accumulo. Si tratta di batterie agli ioni di litio, al piombo, al nichel-cadmio, al sodio-zolfo e a flusso.

Sistema di accumulo a batterie agli ioni di litio

Come suggerisce il nome, la batteria agli ioni di litio utilizza sali di litio come elettrolita. L'elettrodo catodico è un composto di litio, mentre l'anodo è tipicamente grafite.

Le opzioni per i catodi variano dal fosfato di ferro di litio e dall'ossido di cobalto di litio all'ossido di manganese, il cui tipo a base di ossido di manganese offre caratteristiche migliori e trova impiego preferenziale in applicazioni specializzate.

Sebbene sia un'opzione più costosa, il LI-ion è uno dei tipi di BESS più utilizzati, con impieghi diversi che vanno dalle abitazioni ai settori commerciali e industriali.

Vantaggi

• Peso ridotto
• Più piccole di altri tipi di batterie di accumulo
• Alta efficienza (fino a 95%)
• Si carica rapidamente
• Elevata capacità energetica
• Elevata profondità di scarica che può arrivare fino a 90% di capacità totale
• Dura a lungo (5-30 anni, a seconda del tipo di catodo)

Applicazioni

• Utilizzato nei sistemi di accumulo di energia rinnovabile
• Veicoli elettrici (EV)
• Vari prodotti elettronici di consumo (telefoni cellulari, computer portatili, ecc.)
• Utensili elettrici portatili     

Sistema di accumulo con batterie al piombo

Questi sistemi BESS utilizzano batterie composte da elettrodi di piombo e acido solforico (H2SO4) come elettrolita. Il tipico BESS basato sul piombo dura tra i 5 e i 10 anni, ma richiede una manutenzione regolare nel corso della sua vita.

Le batterie di accumulo al piombo sono anche meno efficienti di quelle agli ioni di litio (circa 85%) e hanno un basso DOD di circa 50%. Inoltre, per essere mantenute, necessitano di una ricarica periodica quando non vengono utilizzate per periodi prolungati.

In compenso, queste batterie di accumulo offrono diversi vantaggi, tra cui l'economicità e la possibilità di produrre correnti più elevate senza subire danni.

Vantaggi

• Economicamente vantaggioso
• Sicuro e affidabile
• Può fornire elevate correnti di breve durata
• Offre un'ampia gamma di temperature di esercizio

Applicazioni

• Sistemi di accumulo solare
• Per l'avviamento di auto e altri veicoli
• Gruppi di continuità (UPS)

Sistema di accumulo con batterie al nichel-cadmio

Le batterie al nichel-cadmio hanno un anodo di ossido di nichel con un separatore di idrossido di nichel. Il catodo è costituito da cadmio metallico e l'elettrolita è l'idrossido di potassio, un alcalino.

È bene notare che, oltre a quella al cadmio, una batteria di accumulo al nichel può essere del tipo a idruri. La batteria al nichel idruro utilizza un idruro (una lega in grado di assorbire idrogeno) per l'elettrodo negativo al posto del cadmio.

Il tipo di idruro delle batterie di accumulo a base di nichel offre migliori proprietà, tra cui una maggiore densità energetica e il rispetto dell'ambiente.

Vantaggi

• Può resistere a diversi livelli di temperatura
• Alta affidabilità
• Si carica rapidamente
• Alto DOD, o profondità di scarico
• Lunga durata di vita

Applicazioni

• Sistemi di energia rinnovabile
• Sistemi di illuminazione di emergenza o di riserva
• Utensili elettrici portatili e altri dispositivi

Sistema di accumulo a batterie sodio-zolfo

Questi sistemi di accumulo a batteria utilizzano sodio fuso per il catodo e zolfo liquido per l'anodo o elettrodo negativo. L'elettrolita è l'allumina di sodio, che deve fondere per consentire agli ioni di muoversi tra gli elettrodi.

Poiché utilizza materiali liquidi, questa batteria funziona a temperature più elevate, superiori a 300 gradi Celsius, e include riscaldatori per liquefare l'elettrolita solido.

La densità energetica dei sistemi BESS sodio-zolfo è paragonabile a quella delle batterie agli ioni di litio, ma hanno una durata di vita inferiore e richiedono livelli di calore elevati per liquefare l'elettrolita solido di sodio.

Vantaggi

• Alta densità di energia
• Livello di alta efficienza fino a 90%
• Un DOD elevato (80%)
• Utilizza materiali a basso costo
• Una lunga durata di vita fino a 10 anni

Applicazioni

• Come sistemi di alimentazione di backup per centri dati e applicazioni simili
• Negli impianti di energia rinnovabile
• Nei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica per stabilizzare la potenza in uscita

Sistema di accumulo a batteria a flusso

Due serbatoi contengono l'elettrolita in un sistema di accumulo a batteria di flusso, con una membrana a scambio ionico che li separa per facilitare la reazione che immagazzina l'energia.

Durante la carica, la corrente ossida i composti chimici di un contenitore e riduce quelli dell'altro. Le reazioni convertono la corrente di carica in energia chimica immagazzinata.

Sono disponibili diverse tecnologie per i BESS a flusso in base alle sostanze chimiche utilizzate per l'elettrolita. Può essere una soluzione di ioni di vanadio o di zinco-bromo. La batteria può anche essere del tipo ferro-cromo.

Vantaggi

• Lunga durata di circa 20 anni (circa 10.000 cicli di ricarica)
• Più sicuro di altri tipi di BESS (utilizza materiali non infiammabili e non tossici)
• Un livello di efficienza relativamente alto (circa 80%)
• Elevata capacità di accumulo di energia
• Tempo di ricarica breve
• Altamente scalabile aumentando l'elettrolita

Applicazioni

• Sistemi di backup o di stoccaggio di emergenza
• Stabilizzazione della rete
• Sistemi di energia rinnovabile
• Nei veicoli elettrici

Conclusione

Nel mondo attuale, in cui l'energia rinnovabile è la norma, le batterie di accumulo stanno diventando sempre più importanti. Oggi è possibile scegliere tra diversi sistemi di accumulo basati su batterie agli ioni di litio e al piombo, batterie al sodio-zolfo e batterie di flusso. Come illustrato in questa guida, ognuno di questi tipi di BESS ha i suoi vantaggi e la scelta dipenderà dalle esigenze del progetto.